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2019 年度 実績報告書

超精密観測時代における次世代相対論的宇宙論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 19H01891
研究機関京都大学

研究代表者

成子 篤  京都大学, 基礎物理学研究所, 特定助教 (80749507)

研究分担者 齊藤 遼  山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (70781392)
山内 大介  神奈川大学, 工学部, 助教 (10624645)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード相対論的宇宙論 / 宇宙マイクロ波背景放射 / 宇宙大規模構造
研究実績の概要

本年度は、原始ゆらぎの非線形進化と宇宙マイクロ波背景放射の高精度計算に関する研究を主に進めた。

前者については、原始ゆらぎが非線形レベルでどのように進化するのかを明らかにすることを目標とした。この目標を達成するためには、通常注目されることが少ない、いわゆる宇宙論的なベクトル型ゆらぎやテンソル型ゆらぎにも着目する必要がある。そもそも宇宙論的なゆらぎには 3 つのタイプが存在し、重力ポテンシャルや密度ゆらぎなどに代表されるスカラー型ゆらぎ、重力波を表すテンソル型ゆらぎ、そして両者に属さないベクトル型ゆらぎがある。線形レベルではこれら3つのタイプのゆらぎは独立に進化するのに対し、非線形レベルでは混じり合って進化する。本研究では特に、非線形効果によってスカラー型ゆらぎからベクトル型・テンソル型ゆらぎ(重力波)が生み出されることに着目し、それらに関する理論研究を行った。宇宙論的摂動論と相補的な方法であり、成子が専門とする空間勾配展開法を用いて、ゆらぎの非摂動的な解析を行った。

次に後者に関して、観測精度の向上により、弱重力レンズ効果によって生じる宇宙マイクロ波背景放射の温度異方性の多点相関や偏光といった、線形レベルでは捉えることのできない小さなシグナルも、現在では議論できるようになってきている。こうしたことを背景に、数年前より世界の幾つかのグループで宇宙マイクロ波背景放射に対する高次摂動論の構築が進められており、齊藤と成子が属する日本グループも大きく貢献している。特に両者は、これまで近似的に取り扱われてきた弱重力レンズ効果の計算を、系統的かつ厳密に取り扱うことを可能にする方法の開発に成功した(curve-of-sight 法)。 本年度は、この手法を組み込んだ高次摂動論を完成させ、宇宙マイクロ波背景放射に生じる非線形効果の系統的な解析を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究課題に専ら取り組む予定であった博士研究員が、年度途中で異動したため、研究の取りまとめに当初より時間がかかっている。

今後の研究の推進方策

空間勾配展開法を用いた原始ゆらぎの非線形進化に関する研究を完成させる。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (15件) (うち国際共著 1件、 査読あり 15件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 学会・シンポジウム開催 (4件)

  • [国際共同研究] Heidelberg university(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Heidelberg university
  • [雑誌論文] Second-order peculiar velocity field as a novel probe of scalar-tensor theories2022

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Daisuke、Sugiyama Naonori S.
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.063515

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On Lorentz-invariant bispin-2 theories2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Rampei、Naruko Atsushi、Yamauchi Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 ページ: 1-20

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.104.044021

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unified approach to secondary effects on the CMB B-mode polarization2021

    • 著者名/発表者名
      Namikawa Toshiya、Naruko Atsushi、Saito Ryo、Taruya Atsushi、Yamauchi Daisuke
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2021 ページ: 029~029

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/10/029

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Axion cloud decay due to the axion-photon conversion with background magnetic fields2021

    • 著者名/発表者名
      Yoo Chul-Moon、Naruko Atsushi、Sakurai Yusuke、Takahashi Keitaro、Takamori Yohsuke、Yamauchi Daisuke
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 74 ページ: 64~72

    • DOI

      10.1093/pasj/psab110

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Backreaction of mass and angular momentum accretion on black holes: General formulation of metric perturbations and application to the Blandford-Znajek process2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Masashi、Harada Tomohiro、Naruko Atsushi、Toma Kenji
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2021 ページ: 1-26

    • DOI

      10.1093/ptep/ptab101

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical analysis of screening in scalar-tensor theory2021

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Tomohiro、Ikeda Taishi、Saito Ryo、Tanahashi Norihiro、Yoo Chul-Moon
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.103.024009

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Resolving a spacetime singularity with field transformations2020

    • 著者名/発表者名
      Naruko Atsushi、Yoo Chul-Moon、Sasaki Misao
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2020 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1093/ptep/ptaa028

    • 査読あり
  • [雑誌論文] On metric transformations with a U(1) gauge field2020

    • 著者名/発表者名
      De Felice Antonio、Naruko Atsushi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.084044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Could the black hole singularity be a field singularity?2020

    • 著者名/発表者名
      Domenech Guillem、Naruko Atsushi、Sasaki Misao、Wetterich Christof
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics D

      巻: 29 ページ: 2050026~2050026

    • DOI

      10.1142/S0218271820500261

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Testing gravity theories with cosmic microwave background in the degenerate higher-order scalar-tensor theory2020

    • 著者名/発表者名
      Hiramatsu Takashi、Yamauchi Daisuke
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 1-19

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.083525

    • 査読あり
  • [雑誌論文] UV sensitive one-loop matter power spectrum in degenerate higher-order scalar-tensor theories2020

    • 著者名/発表者名
      Hirano Shin’ichi、Kobayashi Tsutomu、Yamauchi Daisuke、Yokoyama Shuichiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.103505

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Is the trans-Planckian censorship a swampland conjecture?2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Ryo、Shirai Satoshi、Yamazaki Masahito
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 101 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.101.046022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local-gravity test of unified models of inflation and dark energy in f(R) gravity2020

    • 著者名/発表者名
      Yashiki Mai、Sakai Nobuyuki、Saito Ryo
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.102.043504

    • 査読あり
  • [雑誌論文] CMB constraints on the stochastic gravitational-wave background at Mpc scales2019

    • 著者名/発表者名
      Namikawa Toshiya、Saga Shohei、Yamauchi Daisuke、Taruya Atsushi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 100 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.100.021303

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Redshift space distortions in the presence of non-minimally coupled dark matter2019

    • 著者名/発表者名
      Chibana F.、Kimura R.、Yamaguchi M.、Yamauchi D.、Yokoyama S.
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2019 ページ: 049~049

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2019/10/049

    • 査読あり
  • [学会発表] Possible resolution of a spacetime singularity with field transformations2019

    • 著者名/発表者名
      成子 篤
    • 学会等名
      The third NRF-JSPS workshop in particle physics, cosmology and gravitation
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Possible resolution of a spacetime singularity with field transformations2019

    • 著者名/発表者名
      成子 篤
    • 学会等名
      Beyond General Relativity, Beyond Cosmological Standard Model
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙の特異点の取り扱いに関する一つの提案2019

    • 著者名/発表者名
      成子 篤
    • 学会等名
      日本物理学会 2019 秋季大会
  • [学会発表] On metric transformations with a U(1) gauge field2019

    • 著者名/発表者名
      成子 篤
    • 学会等名
      The 29th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
    • 国際学会
  • [学会発表] Metric transformation and its applications to cosmology2019

    • 著者名/発表者名
      成子 篤
    • 学会等名
      6th Korea-Japan workshop on dark energy at KMI
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会・シンポジウム開催] Brain-storming workshop on Primordial Black Holes and Gravitational Waves2021

  • [学会・シンポジウム開催] Pulsars, black holes and the theory of gravity2021

  • [学会・シンポジウム開催] 1st workshop: Multimessenger Study of Heavy Dark Matter2021

  • [学会・シンポジウム開催] Theoretical aspects of non-Gaussianity from modern perspectives2019

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公開日: 2022-12-28  

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